掘進(jìn)巷道探放水施工設(shè)計(jì)及支護(hù)技術(shù)

王 亮

（山西焦煤山煤國際韓家洼有限公司，山西 大同 037100）

引言

探放水施工是保證煤礦井下采掘施工期間杜絕水害隱患的重要保障，巷道在掘進(jìn)過程中由于受鄰近采空區(qū)以及上覆采空區(qū)、老窯水等影響，巷道圍巖出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著巷道安全快速掘進(jìn)。巷道掘進(jìn)前期通過探放水施工消除水害隱患，但是在實(shí)際巷道掘進(jìn)過程中，由于探放水施工設(shè)計(jì)不合理以及安全技術(shù)措施不到位，探放水施工期間經(jīng)常出現(xiàn)透水事故，或者巷道探放水施工后巷道掘進(jìn)期間仍受圍巖淋水影響，嚴(yán)重制約著巷道安全快速掘進(jìn)。本文以韓家洼煤礦22401運(yùn)輸順槽掘進(jìn)為例，對巷道掘進(jìn)期間提出了合理有效的探放施工設(shè)計(jì)以及安全技術(shù)措施，力求保證巷道安全掘進(jìn)，消除水害隱患。

1 22401運(yùn)輸順槽概況

山西焦煤山煤國際韓家洼有限公司22401運(yùn)輸順槽位于井田三水平西盤區(qū)，巷道設(shè)計(jì)長度為840 m，掘進(jìn)煤層為22號煤層，煤層平均厚度為12.98 m，平均傾角為5°，煤層老頂以灰白色中粒砂巖為主，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，其成分以長石、石英為主，含煤屑，局部含少量礫石，粒徑大小為2～5 mm，成分以燧石為主，呈次棱角狀，巖芯局部破碎。底板以砂質(zhì)泥巖，灰黑色泥質(zhì)結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造，夾細(xì)砂巖條帶，下部砂粒逐漸增多，巖芯局部破碎[1-2]。

根據(jù)兼并重組前原毛官屯煤礦資料顯示，當(dāng)巷道施工到32 m處，距南幫9.8 m有兼并重組前原毛官屯煤礦遺留下來的舊巷。施工到246.3 m處，距北幫2.6 m處有兼并重組前原毛官屯煤礦遺留下來的2202運(yùn)輸順槽。施工到600 m和661 m處，遇到兼并重組前原毛官屯煤礦遺留下來的兩條南北空巷，巷道寬約4 m。

22401運(yùn)輸順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)140 m，巷道掘進(jìn)前期在過原毛官屯煤礦遺留下來的舊巷時巷幫及頂板出現(xiàn)局部淋水現(xiàn)象，截止2020年4月17日淋水停止，共計(jì)淋水量為87 m3，為了保證巷道后期掘進(jìn)安全，防止透水事故，決定對巷道采取合理有效的探放水施工設(shè)計(jì)。

2 探放水施工設(shè)計(jì)

2.1 鉆孔布置參數(shù)

由于22401運(yùn)輸順槽上覆無采空區(qū)以及積水區(qū)，所以無需對上覆進(jìn)行施工探放水鉆孔，巷道掘進(jìn)期間主要技術(shù)區(qū)集中在巷道迎頭前方兩側(cè)采空區(qū)內(nèi)，所以對工作面迎頭布置探水鉆孔即可。

1）22401運(yùn)輸順槽每個鉆場內(nèi)共計(jì)布置5個探水鉆孔，鉆孔編號為1號、2號、3號、4號、5號，鉆孔開口位置布置在距頂板2.0 m處，鉆孔布置間距為1.0 m，且布置在同一條直線上。

2）所有鉆孔深度為100 m，鉆孔仰俯角為0°其中1號鉆孔水平角為30°，2號鉆孔水平角為15°，3號鉆孔為中部鉆孔，水平角為0°，4號、5號鉆孔與1號、2號鉆孔對稱布置[3-4]。

2.2 鉆孔封孔工藝

傳統(tǒng)鉆孔采用通徑封孔工藝，該封孔工藝鉆孔擴(kuò)孔簡單，但是封孔時鉆孔由于無孔徑差，封孔效果差，所以決定對22401運(yùn)輸順槽鉆孔采用變徑法進(jìn)行封孔，如圖1所示。

1）采用ZQJC-720/11型氣動架柱式鉆機(jī)以及直徑為63 mm、長度為1.5 m鉆桿配套直徑為75 mm鉆頭進(jìn)行導(dǎo)向鉆孔施工，導(dǎo)向鉆孔施工長度為11 m后停止鉆進(jìn)，更換擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔施工。

圖1 探水鉆孔變徑法封孔平面示意圖

2）變徑擴(kuò)孔時先擴(kuò)外孔，后擴(kuò)內(nèi)孔，外孔采用直徑為150 mm合金鋼鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔后擴(kuò)孔段直徑為153 mm，擴(kuò)孔深度為5.0 m；外孔擴(kuò)孔到位后更換直徑為130 mm鉆頭進(jìn)行內(nèi)孔擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔后鉆孔直徑為133 mm，擴(kuò)孔深度為5.0 m，內(nèi)外孔交接處采用變徑銜接[5]。

3）鉆孔變徑擴(kuò)孔到位后，對鉆孔內(nèi)安裝直徑為127 mm孔口管，每節(jié)孔口管長度為3.0 m，共計(jì)4根，相鄰兩節(jié)孔口管采用連接套進(jìn)行固定。

4）待孔口管安裝后，對孔口管與孔壁之間錨入一根直徑為20 mm注漿軟管，注漿軟管與泥漿泵連接，注漿液采用水泥與水玻璃以1∶1比例的混合漿液，注漿壓力為1.5 MPa，注漿前在孔口往里0.5 m范圍內(nèi)采用膨脹水泥進(jìn)行封堵，防止注漿液滲出，注漿時間不得低于10 min，注漿完成后對鉆孔高壓注水試驗(yàn)，注水壓力為3.0 MPa，注水期間無鉆孔竄動以及煤壁滲水時視為封孔合格。

3 探放水鉆場支護(hù)技術(shù)

22401運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層為22號層，煤層整體穩(wěn)定性差，在進(jìn)行探放水施工時，很容易造成受水壓影響，出現(xiàn)煤壁破碎、片幫現(xiàn)象，導(dǎo)致透水、頂板等事故發(fā)生，所以決定對鉆場采取“施工井字形鋼帶+支設(shè)T型鋼棚”聯(lián)合支護(hù)措施。

3.1 施工井字形鋼帶

由于鉆場煤壁破碎嚴(yán)重，在施工鉆孔時很容易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，所以決定對鉆場施工“井字形”鋼帶。

1）22401運(yùn)輸順槽巷道寬度為4.5m、高度為3.5 m，在鉆孔施工前，對鉆孔區(qū)域施工兩排JW型鋼帶以及3排縱向鋼帶，橫向鋼帶長度為3.0 m、寬度為0.32 m，鋼帶上焊制3個支護(hù)孔，孔間距為1.3 m，橫向鋼帶共計(jì)2根，縱向鋼帶共計(jì)3根，縱向鋼帶長度為2.0 m、寬度為0.32 m，縱向鋼帶上焊制2個支護(hù)孔，孔間距為1.5 m。

2）鉆場煤壁縱橫向鋼帶交錯布置，整體呈“井”字形布置，如圖2所示，第一根JW型鋼帶布置在距頂板1.2 m處，第二根與第一根布置間距為1.5 m，縱向鋼帶布置間距為1.3 m，縱向鋼帶與橫向鋼帶垂直布置。

圖2 22401運(yùn)輸順槽鉆場支護(hù)示意圖（單位：mm）

3）縱向及橫向鋼帶之間采用玻璃鋼錨桿固定，每排布置3根玻璃鋼錨桿，玻璃鋼錨桿長度為2.0 m、直徑為25 mm，錨桿采用端頭錨固方式，每根錨桿采用一根長度為0.35 m樹脂錨固劑錨固，錨桿外露端采用一塊玻璃鋼圓托盤預(yù)緊[6]。

3.2 安裝T型鋼棚

由于受鉆孔施工擾動影響以及放水時水壓影響，很容易造成鉆場頂板破碎、冒漏現(xiàn)象，所以決定對鉆場施工一排T型鋼帶進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，如圖3所示。

圖3 T型鋼棚結(jié)構(gòu)示意圖

1）22401運(yùn)輸順槽鉆場安裝的T型鋼棚主要由頂梁、棚腿以及底座等部分組成，其中頂梁長度為0.5 m，采用寬度為0.12 m槽鋼安裝而成，在頂梁中部焊接一塊長度為0.2 m鋼板，鋼板上焊制兩個直徑為25 mm圓孔，孔間距為0.1 m，頂梁兩側(cè)各焊制一個直徑為30 mm錨桿支護(hù)孔。

2）棚腿采用長度為3.5 m、寬度為0.11 m工字鋼梁焊制而成，在棚腿頂?shù)锥烁骱附右粋€長度為0.2 m鋼板，與頂梁上鋼板尺寸相同，且在鋼板上焊制兩個圓孔；底座采用長度及寬度為0.3 m的拱形墊片。

3）首先安裝頂梁，頂梁與頂板采用兩根長度為0.5 m、直徑為22 mm錨桿進(jìn)行固定，頂梁固定后采用卡纜將棚腿與頂板進(jìn)行固定，最后安裝底座，T型鋼棚安裝間距為1.5 m。

4 結(jié)語

截止2020年8月21日22401運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)到位，巷道掘進(jìn)期間共計(jì)施工7個探水鉆場（鉆場編號為1號、2號，…，7號），共計(jì)35個探水鉆孔，鉆孔總深度為3 500 m，其中1號鉆場有3個鉆孔為濕孔，2號、3號、4號、7號鉆場內(nèi)所有鉆孔為干孔，5號鉆場內(nèi)有1個為濕孔，6號鉆場內(nèi)有4個鉆孔為濕孔，共計(jì)放水量為1 487 m3。探放水施工完后，巷道在后期掘進(jìn)過程中，未出現(xiàn)頂板及兩幫淋水現(xiàn)象，保證了巷道后期安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。